TWI360856B - Method of making a mems electrostatic chuck - Google Patents

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1360856 九、發明說明： 【相關申請案】 本申請案和下面申請案有關：2003年8月18曰提出的 美國專利申請案序號第10/642,939號，其名稱為「MEMS Based Multi-Polar Electrostatic Chuck」；2003 年 9 月 8 日 提出的美國專利申請案序號第10/657,449號，其名稱為 「Clamping and De-clamping Semiconductor Wafers on an Electrostatic Chuck Using Wafer Inertial Confinement by Applying a Single-Phase Square Wave AC Clamping Voltage」；以及2003年10月10日提出的美國專利申請案 序號第 1〇/683,679 號，其名稱為「MEMS Based Contact Conductivity Electrostatic Chuck」。本文以弓I用的方式將其 全部併入。 【發明所屬之技術領域】 本發明一般係關於半導體處理系統；更明確地說，本 發明係關於一種製造多極微機電系統靜電夾頭的方法，用 以鉗止一基板並且傳輸與其相關的熱能量。 【先前技術】 石夕晶圓處理於現代微電子裝置的製造中係常見的處 理。此處理（包含電漿處理與離子植入在内）均可在低壓處實 她，其中，RF或微波電漿或高功率粒子束會被傳送至該晶 圓’於處理期間在該晶圓處產生高溫。不過，此等高溫（例 1360856 如慣用植入法令超過100〇c的溫度，以及其它製程之高達 4〇〇°C的溫度）卻可能會對晶圓造成不利的效應。 對許多製程來說，未必需要精確的溫度控制，只要晶 圓溫度維持在低於預設限制以下即可，例如離子植入中維 持低於100*>C的溫度，或是於一般製程中維持低於柳。c 的溫度。不過’於離子植入中，目前係傾向於使用高功率 的序列式植入機，通常會需要以大於200mw/cm2ec的熱傳 輸係數（HTC)來進行冷卻，並且必須將溫度控制在±5%以内。 於先進的植入與晶圓處理作業中則通常需要進行精確 的溫度控制，其中例如300mm晶圓上的HTC均勻性則必須 維持在1%以内。此等製程的HTC值可能高達 50〇mW/cm2eC。本發明的目的便係希望符合該些高效能需 求。 半導體處理中的晶圓溫度控制已經採用靜電夾頭 -段時間。標準的單極ESC如圖i所示，其中，咖料 利用靜電作用力將晶圓20固定在正確位置處。絕緣層4〇 會將晶圓20與電極30產生隔離。電壓源5〇會施加一電壓 (如圖中的+所示）給電極3〇。被施加至該電極的電壓會於晶 圓20處產生一靜電場（如圖中的_所示），該靜電場會於晶圓 20之上誘發出等量反向的電荷（如圖中的+所示）。晶圓 之上的靜電場會在該晶圓與該ESC 10之間產生一靜電作用 力。結果，該靜電作用力便可固定晶圓20，使其倚靠在絕 緣層40之上。 當運用ESC時，可藉由該晶圓與該絕緣層4〇之接觸表 1360856 面60之間的接觸傳導性來冷卻晶圓20，其中，該絕緣層則 可利用冷卻水來進行冷卻。依慣例，晶圓20的冷卻效果通 常會隨著被施加至該ESC上之電壓而提高。不過，過高的 電壓則可能會對該晶圓造成不利的效應（例如可能會產生粒 子），並且可能還必須進一步考慮到昂貴電源的供應與消耗 等因素，同時還會提高失效率。 於真空環境中，慣用的ESC會於晶圓20與絕緣層4〇 之間使用冷卻氣體，其中絕緣層40的接觸表面6〇包括利 用機器被製作於該絕緣層之中的複數個突起部（圖中未顯 示）’其中可提供區域讓該冷卻氣體駐留。一般來說，會依 慣例以機器對-陶瓷層進行加工，用以於其中形成複數個 突起部，@該等突起部則係由噴珠處理所形成的。不過， 慣用之對由陶瓷所組成的絕緣層4〇進行加工通常具有數項 缺點’其包括精確方面的缺點，以及晶圓處理期間由該陶 瓷層所造成的潛在微粒的問題。 再者’利用慣用的機械加工法通常报難於3⑼随的工 件上讓夾頭表面平坦度（也対、I 4在丨主 、乜就疋，垃制表面的起伏）達到低於 5微米的目的。舉例來說，去兮曰圓彼_ η 兄田δ玄日日圓接觸到該慣用的夾頭表 面（例如陶瓷夾頭表面）時，曰 日日圓2〇並不會於該夾頭表面6〇 的每個位置處接觸到該类 灭碩表面，而會於該夾頭接觸表面 與該晶圓2 0之間留下卩爭絡[固士土舶_、 “縫（圖中未員不）。由於該夾頭接觸 表面60上會產生變化（其 、通㊉係因該夾碩表面的機械加工 所造成）的關係，隙縫的大丨分 大j、通常係在5微米的範圍中。再 者，夾頭表面與晶圓表而 之間的隙縫寬度通常會因慣用夾 頭表面的起伏而產生 此隙縫於整片晶圓上並不约 勺而且會相依於钳止條不勺 介於鉗止電極30盘^步產生變化。 ψ /、日日圓20之間的絕緣層40的厚度| 办響局部的鉗止作用力 又曰 ^ Η 缺工 楗而會影響到整片晶圓上的埶均 勾性。然而，慣用的製 …'岣 差。㈣u 方法對此维度的控制能力非常地 差。絕緣層40的不均勻 ^ _Λ 乂及介於該鉗止部1 0盥該Θ圓 2〇之間的實體隙縫的不 ，、°亥3日圓 勺勾性均可能會在鉗止壓力中產生 潛在巨大的空間變化 生 制使得難以進行精確的溫度控 通當合相护於主.員不出，依慣例，平均隙縫寬度 、书會相依於表面條株以 ^ fe . , # ^ 及鉗止條件而在2微米與1〇微米 卢 曰圓如此巨大且無法控制的隙縫寬 勻的溫度。 降並且會於整片晶圓.上造成不均 、另外’經證貫’很難與先前技藝的該等咖的電極形 ^連接依慣例，會在該等電極之中間部份中的該等 "下方焊#條電線。此焊接的缺點係會破壞整片晶圓 上的熱傳導均勻性。 因此，本技藝中窝要-種製造改良靜電失頭的方法’ 該靜電央頭可於處理期間提供可輕易調整的均勾町〇同 時還需要-種製造夾頭的方法，該夾頭可於對該晶圓進行 冷卻與加熱時提供更高的熱傳輸能力。再者，吾人還需要 一種靜電夾頭，其能夠提供一種鉗止表面用以^作以Z晶 圓處理期間顯著地限制微粒污染的情形。 10 1360856 【發明内容】 ▲下文將簡單地概要說明本發明，以便對本發明的部份 觀點有基本的瞭解。此概要說明並非本發明的全面。其： 不希望確定本發明的關鍵或重要元件，亦不希望限定本發 :的料。其目的僅係以簡化的形式來表達本發明的部份 觀念作為本發明的引言，以利稍後更詳細說明。 、，本發明概括而言係關於一種為一靜電夾頭形成—鉗止 平板的方法’以便加熱或冷卻—半導體基板。該方法包括 於半導體平台上形成一第一導電層’纟中該第一導電層中 包括複數個彼此電隔離的部份。於該第一導電層之上會形 成/第-電絕緣層，其中該第一電絕緣層包括複數個微機 電系統突出部，該等突出部會從該第一絕緣層的頂表面延 =出一第一距離。另外，還會有複數個極區被電連接至該 第一導電層之該等個別的複數個部份，其中，施加於該等 複數個極區之間的電壓彳用以於坐落在該等複數個突出部 之上的晶圓以及該鉗止平板之間誘發一靜電作用力。舉例 來5兄，可於該等複數個突出部之上進一步形成一保護層。 根據本發明其中一項示範觀點，於該半導體平台的底 部表面上會形成一第二導電層，其中該第二導電層中有複 數個部份被電連接至該第一導電層之該等個別複數個部 伤。舉例來說，可同時形成該第一導電層與該第二導電層。 於s亥半導體平台的頂表面與底表面之間會形成複數條垂直 互連線路，其中該等複數條垂直互連線路會將該第一導電 層電連接至該第二導電層。舉例來說，該等複數條垂直互 1360856

連線路包括貫穿該半導體平A 干等遐十台的複數個通孔，或是 成於該半導體平台夕相，丨 ^ I壁上的複數條側壁互連線路。 根據本發明另—Jg + 0 項不範硯點，會於該第一電絕緣岸的 頂表面、該第一導電層、以及該半導體平台之中形成—威 -個以上的氣體分佈溝槽，並且會形成貫穿該第一導； ?、料導體平台、以及該第二導電層之-或-個以上的 氣體分佈孔，盆中t. 、^荨一或一個以上氣體分佈溝槽與該等 -或-個以上氣體分佈孔係流體相連。舉例來說， 成該等複數個突出部之後形成該等-或-個以上氣體分佈 溝槽。 吓 為達成前述與相關目的，本發明包括下文中完整說明 且於申請專利範圍中特別提出的各項特點。下文的說明與 附圖詳細地提出本發明的特定解釋性實施例。不過，該^ 實施例表示的係可以運用本發明原理的幾種方式而已二 合該等圖式便可從下文的本發明詳細說明中明白本發明的 其它目的、優點、以及新穎特點。 【實施方式】 本發明係關於一種多極靜電夾頭（ESC)以及一種用於 為其形成-含有數項創新特點之鉗止平板的相關方法。日月 ， 確地。兒’本發明之靜電夾頭可提高均勻冷卻一晶圓基板的 ， 月b力。據此，現在將參考該等圖式來說明本發明，其中於 所有圖式中會利用類似的元件符號來表示類似的元件。應 。亥瞭解的係，該些觀點的說明僅供解釋用途，而不應將其 12 e〜'有限制目的。為達解釋目#，於下文的說明中將會 =出數項特定細節’以便更徹底地瞭解本發明。不過，熟 習本技藝的人士將會明白，即使沒有該些特定細節亦可實 行本發明。 本發明透過一種多極靜電夾頭（ESC)來克服先前技藝 的難處，該靜電夾頭（ESC)可於一基板（例如石夕晶圓）與和該 ESC相關聯的半導體鉗止平板間呈現出顯著的空間均句熱 =輪係數（HTC)。用於達成顯著均勻HTC的其中一種方式 知運用δ亥基板與該钳止平板之間的熱接 施加至該甜止平板的電壓通常會決定該基板與該 ::的接觸作用力大小。不過，htc均勻度通常會相依於 接縣力均勻度。維持均勻HTC的其中一種方式係提供一 均勻的鉗止表面。不過，固體的鉗止表面通常需要於整月 :板”有很大的接觸麗力，從而必須於該上施加大 里的電源’方能達到非常高的HTC。根據本發明，移除該 ❿ 鉗止表面##份便可降低電源，同時可提高每單位面 的接觸壓力。 舉例來說，可移除該鉗止平板表面的某個區域，兑中 剩餘的部份大致會界定複數個突出部用以讓該基板駐留其 上0根據本發明的兑中一 g兹 觸表面積與該基板：表面積佳化該甜止平板之接 積之間的面積比例，其中可經由 該等複數個突出部央；隹ϋ I U ± 出4來進仃最大的熱傳輸，同時最小化對該 基板的應力。於每個該等複數個突出部之間會進一步界定 隙縫’其中’於一個範例中，可以背面微粒為基礎來設 13 1360856 計該等複數個突出部之尺寸與該隙縫尺寸的實際限制。舉 例來說’大於該隙縫深度的微粒可能會造成該基板無法成 功接觸該等複數個突出部，從而破壞可#度。因為標準咖 中所見到的大部份微粒均小於1微米，所以，於其中—個 範例中’㈣縫深度的下限約4丨微米。再者，為最小化 該基板中的應力，該隙縫的寬度（例如突出部之間的距離） 約等於該基板的厚度。 用於達成顯著均勻HTC的另一種方式係使用背面氣體 冷部法，用以將該晶圓與該Esc之間的氣體傳導作用維持 在分子自由領域中。舉例來說，豸Esc與該晶圓之間的氣 體會使得該隙縫顯著小於λ mfp(冷卻氣體的平均自由路 徑）。於此情況中，該冷卻氣體的HTC實質上和該隙縫無 關，不過前提係該隙縫必須維持顯著小於λ 。因此，: 人希望該隙縫儘可能越小越好》 °

於標準ESC鉗止作用力所提供的壓力（其可能高達數百 個托耳）領域中’該氣體的平均自由路徑大小等級為1致 米。此意謂著氣體傳導作用並非完全位於該分子自由領= 内，而係通常作業於該分子自由領域與一黏稠領域之間的 過渡領域之中。因此，該隙縫會具有中度的HTC 交化。舉 例來說’於200托耳處，一示範冷卻氣體的HTC約 500mW/cm2〇C，而該隙縫100%的變化（例如隙縫範圍從^微 米變成2微米）將會造成約20。/。的HTC變化。所w , 1 M，根據本 發明的其中一項觀點，為於整片晶圓上達到預期的1%溫产 均勻度’該隙縫寬度均勻度便應該小於或等於5%。血又 1360856 當利用背面冷卻氣體進行處理時，除了隙縫均勻度之 外’ HTC i句勻度通常會進一步相依於壓力均勻度。於該晶 圓周圍處的冷卻氣體漏通常會造成氣流，從而會於該處 形成壓力梯度。將氣流區域侷限在該晶圓周圍處或其附近 便可改良此問題。以提供簡單且可靠的製造方法且避免發 生洩氣之可能性的方<，於提供均句隙縫的表面結構中併 入氣體分佈溝槽相當困難。 本發明所克服的另一項困難係達成表面控制目的，同 時，一步允許該ESC為多極^^單極鉗止（例如整個esc 為單电極）可使用於該晶圓曝露於電漿的應用中，其中會 於該晶圓與該電接地之間產生一條導電路徑。不過，.於該 晶圓未持續接觸電漿的應用中，必須最少有兩個（2個）電 極’其中每個電極均具有一相反極性，&而允許該晶圓維 持在虛擬接地而未經由該晶圓產生電連接。因此，本發明 提供一種多極靜電夾頭，其包括精確的表面控制，同時允 許併入多個電極且允許該等多個電極被電連接至一電源供 應器。 ’、 現在參考該等圖式，本發明的圖2所示的係根據本發 明其中一項觀點之示範多極ESC 1〇()的剖面圖，其中該ESC 可運作用以切且處理—坐落其上的基板1G5(例如甩以加 熱或冷卻該基板卜舉例來說，該基板1〇5的特徵通常係直 徑為D且具有—底表面1〇7，其中該底表面具有一和其相關 聯的第一表面積（圖中未顯示）。應該注意的係，為簡化起 見，已經巨觀地顯示圖2的靜電夾頭1〇〇,不過，後面的圖 15 1360856 式（例如冑H)、U以及其它圖式）則進—步詳細地圖解該靜 電夹頭100的示範替代圖式。 本發明之圖2的靜電夾頭1〇〇包括一大體平坦的鉗止 平板110’其具有一和該基板1〇5之底表面1〇7相關聯的頂 表面11 5以及一位於相反位置處的底表面丨丨7。舉例來說， 鉗止平板110包括一半導體平台12〇，其中於該半導體平台 之頂表面127之上會形成一第一導電層125。該第一導電= 125係由複數個部份13〇所組成，其中該等複數個部份通常 會彼此電隔離，於其令會界定該多極ESC 1〇〇的複數個極 區131 ’其討論如下。舉例來說，該半導體平台12〇包括一 半導體基板132(例如矽晶圓），其中形成於其上之該第一導 電層125的該等複數個部份130通常會由該等複數個部份 130間的一隔離區134界定而成。隔離區134通常會將該第 一導電層125的該等複數個部份13〇彼此電隔離，其中被 施加至該等複數個部份13〇的電壓可運作用以於該鉗止平 板1 1 0與該基板105之間產生一靜電作用力。 根據本發明其中一項示範觀點，可以利用半導體微影 技術來形成該鉗止平板丨10，下文將作說明，舉例來說，其 中通常會於形成該第一導電層125期間遮蓋該隔離區134。 或者，可以蝕刻該隔離區i34 ,其中通常會於該隔離區中移 除該第一導電層。舉例來說，該半導體平台i 2〇可能係由 單一半導體基板132所組成，或者，該半導體平台可能包 括由複數個分離半導體基板132所組成的鑲嵌結構（如虛線 133所示），其中會於該半導體基板鑲嵌結構之上進一步形 1360856 成該第一導電層125〇舉例來說，該等分離半導體基板Η? 的鎮嵌結構可藉由將該等分離的半導體基板拼凑在一起以 形成該半導體平台120，進而形成一大體連續的半導體平 台。舉例來說，此鑲喪結構有利於需要直徑大於標準石夕晶 圓的靜電夾頭，其巾可將數個半導體基板拼凑在—起用Z 形成該較大的半導體平台120。 於本發明的另一項替代觀點中，如圖13所示，該半導 體平台120可能係由複數個不同的區段135(其係由分離的 半導體基板132所形成的）所組成的，其中會於每個區段… 之上分別形成該第一導電層125之該等複數個部份13〇。舉 例來說，該等複數個區段135可藉由一絕緣材料（例如陶竞 分隔體137)而彼此分離，其中該第一導電層125的該等複 數個部份1 3 〇會彼此電隔離。 圓3所示的係圖2之鉗止平板11〇之—部份的部份剖 面圖，其巾會更詳細地圖解本發明的數項示範觀點。應該 注意的係’該等圖式未必依比例縮放，更確切地說，其主 要目的係供解釋使用。根據本發明其中一項示範觀點，該 鉗止平板110進一步包括複數個電絕緣突出部該等突 出部140通常會從圖2之第一導電層125的頂表面⑷令 向外延伸(因而便會從鉗止平板丨1〇的頂表面ιΐ5中向外延 伸）。再次參考圖3，該等複數個突出部14〇通常係形成於 第一導電層125之上並且通常會從該鉗止乎板11〇的頂表 1 1 5中延伸第距離D!。據此，該等複數個突出部14〇 通常會於其間界定複數個隙鏠】45，舉例來說，其中該等複 17 1360856 數個突出部會彼此分隔第二距離Dr從而界定該等複數個 隙縫的I度。第二距離A通常會小於欲被鉗止之基板（圖中 未顯不）的厚度，藉此便可大幅縮小鉗止期間該基板的機械 偏折現象，下文將作更詳細討論。舉例來說，第二距離Ο〗 ' 會小於約100微米。 . 根據本發明另一項示範觀點，該等複數個突出部14〇 係由複數個微機電結構（MEMS)所構成。舉例來說，該半導 體平台120便係由通常用來構成微機電系統微型結構的材 .料（例如矽）所組成的，其中，舉例來說，該等複數個突出部 _ mo係由形成於其上的二氧化矽（Si〇2)所組成的。微機電系 統微型結構通常可於該鉗止平板11〇之整個頂表面ιΐ5上 $供嚴格受控且始終如一的維度完整性，.其中該等複數個 突出部140會從整個鉗止平板的頂表面中大體延伸出一致 的第一距離Dl。舉例來說，圖4所示的便係該等複數個突 出部140,其包括已經形成於該鉗止平板11〇之頂表面ιΐ5 之上的複數個實質圓柱形或矩形島狀部147。該等複數個突 出。P 140可運作用以大體接觸圖2所示之基板⑽的底纟籲 面107，從而會界定一突出部接觸面積。較佳的係，該突出 部接觸面積比例（AR)為供接觸傳導使用之基板1〇5的總底 表面積的約10%，而AR則小於供經由冷卻氣體來進行熱傳 . 導使用之基板（圖中未顯示）的總底表面積的約5%，其討論 . 如下。舉例來說，圖4的該等複數個島狀部147的直徑約 為小於或等於I 0微米，並且彼此相隔約25至】〇〇微米。 雖然圖中所示之從該鉗止平板110之頂表面115延伸 28 ^60856 出來的該等複數個突出部140且古 — 具有均勻的形狀且被依序排 列，不過’亦可將該等複數個突 大出部§又计成其它的排列方 式，而且亦可設計任何的空φ如 I仗彳7的犬出部形狀或順序，甚至可設計 其它的替代例，以上均落在本發明的範嘴之中。再次參考 圖2，舉例來說，半導體平a σ 120的頂表面〗27與該等複數 個突出部140可能會進一步包括形成於其上的保護塗料 叫例如氮化石夕⑻3Ν4)層）。如圖3所示，舉例來說，該保 違塗料148可能具有低發射率，其中於該基板加熱期間由 f基板（圖中未顯示）朝該鉗止平板發出的熱會被⑽·

護塗料反射，從而有助於主I 、王要經由該等隙縫中的氣體傳導 作用（當運用氣體傳導性時）來進行熱傳導，其更詳細討論如 下。根據另-範例，該保護塗料148會於該鉗止平板"Ο 與該基板(圖中未顯示)之間提供一實質堅硬且情性的介面 149九’其中該保護塗料通常可降低因該鉗止平板劣化而造成 " 可牝〖生。根攄另一範例，該保護塗料148可運作用 以大體允許該基板(圖中未顯示)以橫向方式於介於該鉗止 板110與-基板之間的介面149之上進行滑動，其中該· 塗=大體會與該等複數個突出部140 一致，從而可使 x、 3個以上的尖銳邊緣Ϊ46Α變得比較圓滑。 圖5所示的係一示範突出部14〇的示意圖，其中該保 ·

§隻塗斜 1 A Q 大體會與該等複數個突出部i 4〇 一致並且已經 · 界二 或一個以上尖銳邊緣146Α變得比較圓滑，從而會 ^大出部的一或一個以上的圓滑邊緣146B。吾人將會 I現，由M y山， ;喊影術的關係，此圓滑結果可能會比圖中所示 19 1360856

者更為明顯。舉例來說，該等—或—個以上的圓滑邊緣麗 :於基板1〇5相對於該鉗止平板11〇進行熱運動期間（例如 熱膨脹或收縮）提供有利的滑動特徵。舉例來說，基板ι〇5 相對於該突出苦"40的熱運動158可能會讓該突出部刚 ::亥基板105之上產生一作用力F。該作用力f至少部份會 隨著該突出部14G的幾何形狀而改變。舉例來說，如圖3 所示，尖銳的邊緣156比較容易產生較大的作用力F，其中 基板！05比較容易於該突出# 14()之尖銳邊緣處進行橫向 結合。舉例來說，假使作用力F超過該基板的降服強度的 活，便可能會於該基1〇5中出現應力破裂，從而會對該 基板造成潛在的污染及/或破壞。相反地，_ 5之圓滑邊緣 146B大體會將該作用力分散於該等圓滑邊緣中，進而限制 作用於該基板105之上的作用力F。限制作用於該基板1〇5 之上的作肖力F A體可讓該基板更自自地㈣於該钳止平 板no產生膨脹或收縮，從而會大體限制突出部14〇處的 橫向結合效果。 再-人麥考圖·3，根據本發明另一項示範觀點，該等複數籲 個突出部140可運作用以大體維持圖3中由該鉗止平板之 頂表面115至該基板1〇5之底表面1〇7的第一距離a,其 中經由該等複數個突出部所產生的接觸傳導作用可均勻地 · 遍佈在該鉗止平板之上。嚴格地控制該等複數個突出部的 . 表面粗糙性便可達成此目的。舉例來說，同樣如圖5所示， 利用彳政機電系統式半導體處理法便可讓每個該等複數個突 出部140達到1〇〇埃以下的表面粗糙度161(例如表面拋 20 1360856 光），其中，相較於先前技藝中慣用的機械加工處理表面， 經由此精細的表面拋光便可顯著有效地控制該接觸傳導作 用。 圖6所示的係一示範微機電系統式靜電夹頭的接觸熱 傳輸係數的關係圖。曲線163 A-163D圖解的係圖2中該基 板105與該專複數個微機電系統式突出部1之間接觸壓 力分別為0.5、1、2、5大氣壓處的平均HTC。從圖中可以 看出，HTC於低AR處會快速地上升，抵達最大值，然後隨 著AR抵達100%而逐漸下降。本發明的發明人發現到，利 用圖6的資料便可針對接觸傳導作用為該等微機電系統式 突出部140決定出最佳的AR。舉例來說，對經由該等突出 部140介於〇.5與！.〇大氣壓的接觸壓力.之間來進行熱傳導 而。’約0.1 (1 0%)之AR約為最佳值。當必須考慮能量消耗 時，該接觸壓力較佳的係可保持在2大氣塵以下，於此條 件下，最佳接觸傳導的AR範圍則為小於約〇 2。 再次參考圖3’根據本發明另—項示範觀點，該第一距 離D,可進一步運作用-以大體讓冷卻氣體（圖t未顯示）在該 等複數個隙縫145内進行流動，#中該靜電炎頭ι〇〇可運 作用以透過該冷卻氣體之自由分子領域中的轉導作用將 熱從該基板傳輸該鉗止平板。舉例來說，為允許自由分子 領域中的熱傳導作用，哕笛 ± 〇亥第一距離通常必須小於5微 米。較佳的係，由該鉗止平 ^ 此十扳110之頂表面115至該基板 105之底表面1〇7的第—跖雜 ,^ 巨離Di對氣體傳導而言約為小於 或寺於〗微米。 21 1360856 配合圖7便可更完整地瞭解上面的現象，圖7中顯示 的係針對各種接觸面積比例之接觸HTC與晶圓應力的關係 圖。舉例來說，於低接觸面積比例處（例如AR約小於或等 於0.05)，由於該等突出部與該晶圓之間的小接觸面積的關 係，該接觸HTC(曲線159A)會非常小。同時，於其中一項 實例中可能會希望低接觸HTC(致使主要由駐留於圖2中該 鉗止平板110與該基板105之間的氣體的熱傳導作用來支 配熱傳導作用），此等小面積比例通常會使得該基板上的應 力（圖7中的曲線1 59B)過高而令人不滿，尤其是在高靜電 夾頭壓力處。隨著接觸面積比例提高（例如，所有該等突出 部的突出接觸面積為整片晶圓面積中的較大部份），該接觸 HTC便會開始提高，抵達最大值然後再往下降，反映出因 該等突出部上每單位面積的增加面積與減少接觸壓力的關 係所發生的交換取捨結果。於此範圍中（例如AR介於約〇 〇5 與約0.3之間），該接觸HTC比較高，從而使得透過駐留於 該ESC與該基板之間的氣體的壓力控制來交換該Esc的冷 卻效果會變得比較困難且難以控制，因為該接觸htc係= 動式且無法如同氣體傳導HTC般可被「關閉」（例如可藉由 壓力變化來關閉氣體傳導HTC)。舉例來說，於較高的㈣ 面積比例處，AR約0.4或以上，該應力非常地小可以忽略， 而且該接觸HTC又再度實質上非常地低，因此會主要*由冷 卻氣體背面壓力來支配啟動/取消冷卻作用。 、 -般來說，跨越兩個主體間之距離的冷卻氣 係數（HTC)的行為會落在下面三種作業領域其中一者‘、中：= 22 1360856 稠領域、自由分子領域、以及過渡領域。於黏稠領域中， 該熱傳輸係數（HTC)為該隙縫距離與該冷卻氣體之熱傳導 率的函數，不過通常和該冷卻氣體壓力（下文中稱為‘背面氣 體壓力）無關。於自由分子領域中，該HTC為該背面氣體^ 力與該冷卻氣體的分子量的函數，不過卻與該隙縫距離I 關。該自由分子領域實質上係由小於數微米（例如約3_5微 米）的距離（例如第一距離Dl)建構而成。再者，該過渡領域 的特徵為黏稠領域與分子領域之間的平滑内插。 經由該自由分子領域（如本發明中所定義者）中之氣體 來傳導熱量可提供數項獨特的優點。舉例來說，藉由將該 隙縫（例如距離D〗）的大小維持在該冷卻氣體的平均自由路 徑等級處，那麼整片晶圓上的冷卻效果實質上便對該隙縫 距離不敏感，取而代之的係’該冷卻效果主要為該背面壓 力的函數，從而即使該隙縫會發生輕微的變化（由於晶圓變 形或微粒的關係）’仍可在整片晶圓上促成空間的冷卻均句 性。此外’因為該隙縫距離非常小，其相關的體積同樣报 小，從而可藉由變更該背面壓力而非常快速地達到冷卻該

晶圓的目的。因此，本發明可於抵達尖峰退火溫度時讓^ 等快速地冷卻該晶圓》 Q 圖8所示的係於i與2微来的第一距離〇ι處，1氣之 HTC行為與背面氣體壓力的關係圖。當第一距離仏為1微 米或是當第一距離D,小於該冷卻氣體的平均自由路徑 (MFP)時，於本範例中0至$ 250托耳範圍的氣體壓力中可 以看見該自由分子領域（於該領域中該HTC主要為背面氣 23 1360856 體座力的函數）。當背面氣體 一距離D大;^ e yw、 大於約250托耳或是當第 -、士 幻十均自由路徑（MFP)(圖中未顯

不）時，則可以看見該黏稠領 T禾.J 員域（於該領域_該HTC主要為 该第一距離D丨的函數）。於爷 王罟马 ^ ^ 亥兩個領域之間則可看見該過渡 圖8還進一步顯示出， 、D亥自由分子領域中，雖然#, 藉由調整該背面氣體壓力來 愛刀术主要控制該冷卻氣體HTC ;不 過，於較高壓力處，第-距離〜仍然在該HTC中扮演重要 的角色。舉例來說，相較於1微米…微米的第一距離 D】來說，該冷卻氣體的熱傳導率會於約.π托耳處開 。攸自由刀子#域轉移至黏稠領域。所以，當將壓力從大 ，壓力改變至實質真空壓力（例如小於2〇托耳）時第一距 離D,均句性仍然是一項問題。不㊣，藉由控制實質真空與 約250托耳之間的壓力，便可獨立於該隙縫距離中的輕微 變化而由該背面壓力來主要控制該HTC。所以，便可維持 整片晶圓上的冷卻均勻性。 根據本發明另一項示範觀點，如圖9所示，該鉗止平 鲁 板110包括一或一個以上的氣體分佈溝槽15〇，其中該等氣 體分佈溝槽會被調適成讓該冷卻氣體（圖中未顯示）流經其 中’而且其中還可達成快速調整該冷卻氣體之壓力（背面壓 · 力）的目的。如圖10所示，該等氣體分佈溝槽15〇通常會延 · 伸進該钳止平板110 —第三距離D3，其中每條氣體分佈溝 槽均會與和該钳止平板相關之圖2的該等複數個隙縫丨45 中至少其中一者相交。舉例來說，該第三距離D3小於約1 〇〇 24 :二其中’該等氣體分佈溝槽15。内之該冷卻氣體的流 =入黏稍領域之中。再者，該等氣體分佈溝槽明顯較 ^的第三距離d3(相較於_ 145)通常會允許從該甜止平 板"〇中抽出該冷卻氣體有快速的響應時間。 該氣體分佈溝槽150的進一步特徵為大體與該甜 板110之頂表面115丑羋而认办+ /、 的寬度w。該氣體分佈溝槽150 卜又w車乂佳的係小於1〇〇微来或小於位於該甜止平板1 之基板⑽的厚度（圖中未_，致使於該基板之整個底 ':1〇7上會有實質均句的熱傳導作用，其理由和上面所 、:：者雷同。根據本發明另-項示範觀點，每條氣體分佈 溝礼1 50的寬度均約略等於第三距離。 1望Γ由”有實貝非常大的氣體分佈溝槽15G(例如相較於 二 "4〇之間的隙縫145)，其間的氣體流動便會處 於黏稍領域中，對特定的壓力而言，其流速約為自由分子 =中的5〇倍。流經該等氣體分佈溝槽15G之冷卻氣體的 快速流速有助於快速激起該基板的冷卻效果。然而，相較 於該等複數個隙縫145中該氣體接觸該晶圓的接觸面積， 該等溝槽的總表面積卻㈣地小。就此而言，圖Π)並未依 比例繪以其僅係供作圖解用途），更確切地說，該等溝槽 m之間的隙縫⑷的數量非常龐大。舉例來說，對小於約 lcm的溝槽距離151以及直徑小於或等於約Π)微米的該等 突出部M0而言，於該等溝槽之間可能會存在約9〇個或以 上的突出部。 據此’便提供該等複數條氣體分佈溝槽15〇,其中該等 25 1360856 忒鉗止平板’並且可能會被電連接至該第二導電層⑹。將 該基礎平板⑽輕合至該射止平板"〇的底表面ιΐ7的其 中一種示範方法係利用硬详方式來達成，其中該鉗止平板 的底表面117會被金屬化(例如藉由該第二導電層165來進 行），接著便會被真空硬輝至該基礎平板的頂表面162。舉 例來說’可於該基礎平板160的頂表面162之上形成該第 二導電層m，其中該等第二導電層165與第三導電層μ ㈣真空硬焊在-起。舉例來說，該等第二導電層165與 第三導.電I 194係由矽化鎢、鎢、或鈦之中一或一者以上 所組成的’不過，本發明的料亦可涵蓋任何的導電材料。 根據本發明另-項示範觀點’再次參考圖13，於該基 礎平板160與該甜止平板11〇之間存在一電絕緣中間平板 心舉例來說，該中間平板199包括一氮化紹絕緣體晶圓， 其中該中間平板通常會讓該鉗止平板11〇與該基礎平板16〇 產生電絕緣，並且仍然會提供足夠的熱傳導作用。再者， 該中間平& 199可能會被真空硬焊至該基礎平板⑽與該 钳止平板U 0。 再次參考圖2,舉例來說，該基礎平板16〇進一步包括 一或一條以上的第一流體導管2〇〇，其中該等一或一條以上 的第’爪體導官會運作用以大體允許冷卻流體（圖中未顯 示，例如水）流經其中，其中該冷卻流體實質上會冷卻該基 礎平板。如圖18U所示，基礎平板45〇可能具導電性並且 進一步包括複數個極區448,其中該等複數個極區會被電連 接至第二導電層430的該等個別複數個部份，其討論如下。 30 1360856 再次參考圖12,根據本發明另一項示範觀點，有複數 根凸針21〇會被運作麵合至該鉗止平板UG，其中該等複數 根凸針210可運作用以垂直移動介於該甜止平板⑽近端 之處理位置（圖中未顯示）與大體位於該甜止平板上方（例如 位於該甜止平板上方約“醜）的裝載位置（圖中未顯示）之 間的基板105。舉例來說，該等凸針21〇係由石英、碳化矽、 或是陶£材料所組成’纟中會最小化處理期間由該等凸針 對該基板105所造成的污染。 根據本發明另一項示範觀點，該靜電夾頭1〇〇進一步 包括-溫度感測器215,其可運作用以測量和圖2之基板 105相關的一或一個以上溫度τ。舉例來說，圖12的溫度 感測器215包括一高溫計，其中該高溫計會經由該射止平 板1Η)之頂表面115中的一個開口 22〇來測量該基板（圖中 未顯示）的溫度τ。舉例來說，該溫度感測器215可能包括 -具有最小體積腔穴的高溫計，纟中用以讓該高溫計經由 其中以測量該基板105之溫度的開口 22()則非常小。最小 化該開口的體積相當有利，其中能夠維持溫度均句性。或 者’該溫度感測器215可能包括一光學高溫計，其可能會 另外運用被插入至該钳止平板11〇之中的複數條光纖棒（圖 中未顯示）’例如致使該光纖棒會佔據該最小體積腔穴。 "現在參考圖15,圖中圖解的係根據本發明數項觀點的 靜電夾頭100與一相關系統23〇的方塊圖。根據本發明其 中一項示範觀點’用來控制該靜電夹頭1〇〇的系统23〇包 括一控制器235’該控制器235會被運作搞合至一電屋供應 31 I360856 器240。該控制器235可 作用以藉由控制該電壓供應器 ⑽來控制被供應至該Esc⑽之該等極區ΐ3ι的電壓v， 其中該電壓會與該基板105所看見的鉗止作用力的大 係因該電壓所誘發的靜電作用力所造成的）成正比。根據: 發明其中一範例’控制5| 2 h a叶丄 ^ 了月藉由提雨或降低電壓 V(藉此分別提高或降低該靜電作用力，進而便可提高或降 低該甜止作用力）而進一步控制該ESC H)0的接觸HTC的大 小。再次如圖3所示’利用約1微米的第-距離Dl，便可 將電壓V妥善地維持在與該半導體平台相關的崩潰電壓以 下（例如電壓小於約100V_15〇v)，同時仍可於該等複數個突 出部140與該基板105之間提供良好的熱接觸傳導率。 根據上面的範例，控制被供應至圖15之靜電夾頭1〇〇 的電壓V便可有利地控制經由該鉗止平板所進行的熱傳導 作用的大小。舉例來說，利用約〇 1〇(1〇%)的面積比例便 可施加低電壓（例如小於20伏特）至該ESC 1〇〇，其中可於 該基板105與該鉗止平板110之間維持小於約1〇〇托耳的 低接觸壓力。於該低接觸壓力處，仍可鉗止或固定該基板 105，不過卻僅會於該基板與該靜電夾頭1〇〇之間傳輸最少 量的熱能’其中該夾頭的熱部份實質上係「關閉的」。當 施加較大的電壓（例如約1〇〇伏特）至該ESC 1〇〇時，實質上 便會提高該基板1〇5與該鉗止平板11〇之間的接觸壓力（例 如提高至約1-2大氣壓），從而可快速地提高該基板1〇5與 該甜止平板Π〇之間的HTC(例如提高約5〇〇m\v/cm2〇C；)， 因此便可有效地「開啟」該夹頭的熱部份，用以加熱或冷 32 1360856 卻該基板。再者，根據另一範例，提供約1微米之圖3中 的第一距離D!相當有利，其中會最小化該基板1 〇 5與該鉗 止平板110之間的熱阻，從而降低熱損失效應。不過，應 該注意的係，本發明的範疇亦涵蓋其它數值的第一距離。 於本範例中，該控制器235可運作用以藉由快速控制 被施加至該ESC 1 00的電壓v以控制該接觸壓力，從而讓 該ESC可快速地改變狀態（例如從加熱情況變成冷卻情 況）。舉例來說，該控制器235可進一步運作用以回授源自 和該ESC有關之溫度感測器245的晶圓溫度資料τ，其中 可以閉路回授配置的方式來控制該電壓供應器24〇。或者， 該控制€ 235彳運作帛以於抵達預設溫度時來大體限制該 基板105與該ESC 100之間的HTC。 根據本發明另一項示範觀點，圖15的系統230進一步 包括-或-個以上的閥門25G，其中該等—或—個以上的間 門可運作用以選擇性地讓一或—個以上真空唧冑255於各 種模式中經由該靜電夹頭i⑽來吸出該冷卻氣體綱，用以 於該基板⑽與該ESC之間進行氣體熱傳導。舉例來說， 該等-或-個以上的„㈣包括類似快動作螺線管閥門 或提升閥門之類的一或一個 飞彳固以上自動閥門（例如閥門 250A)，其中，於其中一個範 τ 及寺—或一個以上的自 動閥門具有低於約20ms的響庫日主pq ,, 刃♦t時間。此快速響應時間 有利，因為可快速地套用施加至 田 ， 唸静電夹頭1 00的真空狀 235可被運作 根據本發明另一項示範觀點，該控制器 33 1360856 耦合至該等一或一個以上的真空唧筒255Α·255Β、一氣體供 應器265、電壓供應n 240、以及該等一或一個以上的間門 250A-250C。本範例中控制被套用至該靜電夾頭1〇〇的真空 狀態有利於經由該冷卻氣體來控制熱傳導作用的大小程 度。舉例來說，於小於約250托耳的低壓以及小於約5微 米之圖3中的隙縫距離D|處，主要係由氣壓來提供該 HTO所以，控制背面壓力的閥門25〇A便可讓該靜電夾頭 100快速地改變狀態（例如從加熱情況變成冷卻情況卜所 以，該控制器235可透過控制該等一或一個以上的自動閥 門250來進一步運作用以控制該基板1〇5與該靜電夾頭1〇〇 之間的氣體壓力。 本發明還關於一種形成半導體式多極靜電夾頭的方 法。雖然本文所圖解與說明的示範方法為一連串的動作或 事件，不過，吾人將會發現，根據本發明，本發明並不受 限於此等動作或事件的圖解順序，因為某些步驟可以和本 文所示與所述不同的順序來進行及/或和其它步驟同時進 行。此外，並非需要全部的圖解步驟方能實現根據本發明 的方法。再者，吾人還將會發現，該等方法除了可搭配本 文所圖解與說明的系統來實現之外，亦可搭配未圖解的其 它系統來實現。 現在參考圖16，圖中所示的係一種形成微機電系統式 多極靜電夾頭的鉗止平板的方法3〇〇,其中該鉗止平板包括 一半導體平台。從動作301開始，本方法會於該半導體平 台之上形成—第-導電層，其中該第—導電層包括複數個 34 ，半：二：的。”77。舉例來說，該第-導電層係被形成於 該+導體平台的頂表面之上，並且會於動作302中在立上 =—第一電絕緣層。舉例來說’該第-電絕緣層包括一 ::複數個微機電系統突出部的頂表面，該等突出部會從 X延伸第距離，其討論如上。於動作303中，會有 :复數個極區被電連接至該第一導電層之該等個別的複數個 邛伤’其巾’被施加於該等複數個極區之間的電壓可運作 用以在位於該等複數個突出部之上的基板與該鉗止平板之 間大致誘發-靜電作用力，於其中會維持該基板相對於該 E S C的位置。 如圖17所示’圖中根據本發明另-項示範觀點來進一 的方法_’其中還會參考圖i8A謂來進一 步圖解該方法。舉例來說，從圖17的動作3G5開始，本方 法會於-半導體基板（例如梦質半導體平台）之上形成一氧 化物。如® 18A所示，舉例來說，本方法會於該半導體基 板410的-正面4〇4、一背面4〇6、以及一側壁糊之上形 成氧化物I 4G2(例如於-雙拋光3〇()mm石夕晶圓之上長出2 微米的桃層）。於圖17的動作31〇中會於該基板之上形 成一導體層（例如多晶膜）。舉例來說，如圖18B所示，多晶 膜412包括一被形成於該基板41〇的正面4〇4、背面傷、 以及側壁408之上約1微米的經摻雜之多晶石夕膜，其中該 多晶膜通常具有導n於圖17的動作315中會於該基板 的背面之上形成一氧化物層’如_ 18C中進一步顯示。舉 例來說，氧化物414包括一 2微米的Si〇2沉積物，其中該 35 1360856 氧化物414會覆蓋該基板41〇的背面4〇6，並且還會部份覆 蓋該基板的侧壁408。 再次參考圖17，動作320包括圖案化一光阻層，用以 界定複數個接觸孔，並且視情況界定複數個氣孔。圖i8d 中顳示出會於該基板410的背面4〇6之上圖案化該光阻 416,其中，該光阻通常會界定一接觸孔418與一氣孔4汕。 请注意，該等圖式中所示的接觸孔418與氣孔42〇的數量 僅係為簡化起見，其還可能會界定許多個接觸孔與氣孔。 或者，亦可能不會形成任何的氣孔42〇，例如當該esc係 被運用於接觸傳導應用中時，其說明如上。舉例來說，可 以運用接觸孔418來界定一正面接觸點（圖中並未顯 示）’其討論如下。於圖17的動作325中，會利用該經圖案 化的光阻作為遮罩來蝕刻該接觸孔與氣孔，而圓UE圖解 的便係其結果’其中該等氧化物層4〇2與414以及多晶膜 412會被蝕刻至該基板4]〇，其中會進一步界定該接觸孔々μ 與軋孔420 〇接著便會剝除該光阻，並且於圖17的動作mo 中利用.該氧化物層414作為一硬遮罩（於蝕刻該基板的製程 中便會進一步移除該硬遮罩）於該基板中進一步钮刻該接觸 孔與氣孔。圖18F圖解的便係動作33〇的結果，其中會蝕 刻基板41G’而且其中會利用多晶膜412作為姓刻阻止部來 進一步蝕刻該等氧化物層4〇2與414。舉例來說，可利用濕 式银刻製程或反應離子㈣_)製程來㈣該 : 402 與 414 。 項 圖17的動作335圖解的係於該基板之上沉積—導體 36 1360856 層。圖18G圖解的便係動作335的結果，其中會於基板4i〇 之上沉積該導體層422(例如化學氣相沉積（CVD)G」微米的 wsy，其包含於該基板的正面4〇4、背面4〇6與側壁4〇8 之上進行沉積，並且會於該接觸孔418與氣孔42〇内部進 行/儿積舉例來說’於圖17的動作3 3 5中所形成的導體層 422可能包括第—導電層125、第二導電層165、以及第三 導電層194中的—或一層以上，如圖2、13、以及14所示。 於圖17的動作340中會於該基板正面之上圖案化一光 阻，用以移除該導體層的正面邊緣。動作34〇中所形成的 光阻則可進一步用來界定該第一導電層125之該等複數個 部份，其解釋如下。冑18H圖解的係形成於該基板41〇之 正面404之上的光阻424，其中該光阻並未覆蓋正面邊緣 426。視情況，還可界定一隔離區427，其中該隔離區將會 被用來界定該第一導電層（圖中未顯示）的該等複數個部份 (圖中未顯不）。於圖17的動作345中會利用該經圖案化的 光阻作為遮罩來蝕刻該導體層與多晶膜。圖181圖解的係實 施動作345的結果，其中通常會蝕刻該正面邊緣426，而且 通吊會著a玄正面邊緣426來移除該導體層422與多晶膜 412。根據本發明其中一項示範觀點，源自該第二導電層43〇 的第導電層428通常包括6玄多晶膜412與該導體層422, 其中該第一導電層與該第二導電層通常會於動作345中彼 此產生電隔離。圖18 j圖解的係於移除該光阻 < 後的第一導 電層428與第二導電層430，而且其中該隔離區427會進— 步電隔離該第一導電層的該等複數個部份43丨^ 37 1360856 …二7:動作350圖解的係於該基板正面上形成-正面 氧化物的動作。圖腹圖解的係形成於該基板41〇之正面 404之上的正面氧化物層432，复 /、中6亥正面氧化物通常會覆 盖以—導㈣428並且通常會進—步覆蓋該正面邊緣 426。舉例來說，圖16之動作 動作302中所示的第一導電層包

括圖既的正面氧化物432 β於圖17的動作…中會於該 正面乳化物層之中形成複數個微機電系統突出部。圖 肌_1讀圖解的係該等複數個突出部的形成方式。於圖18L 中’會於該正面氧化物層432之上沉積且圖案化一光阻 434’接著便會触刻該正面氧化物層’其中於移除該光阻^ 之後通常會界定圖18M中的該等複數個突出部4W。再次 參考圖17，動作360圖解的係於該基板上沉積—保護層。 於圖18N中，通常會於基板41〇之上形成該保護層43/其 中該基板的正面404、背面4〇6與側壁4〇8通常都會被該保 護層覆蓋而區域418與420内亦如是。舉例來說，保護 層438包括一層約微米的氮化物（例如氮化矽％Ν4)， 該層氮化物可用來於後續作業中作為蝕刻阻止部。 根據本發明另一項示範觀點，於圖i 7的動作365中會 於δ玄基板中遮罩且姓刻一或一條以上的氣體分佈溝槽。不 過’當吾等希望經由該ESC來進行接觸傳導時，則不會形 成任何的氣體分佈溝槽，而該ESC則可進入動作375，其 討論如下。然而，當吾等希望進行氣體傳導時，則會實施 動作365’而圖180圖解的便係形成於該基板41〇之正面 404之上的遮罩44〇的圖案化情形，其中通常會於其中界定 38 1360856 一氣體分佈溝槽442。應該注音沾总 ^ 意的係’該氣體分佈溝槽442 僅供解釋用途，而且於該剖面 .、 』面圖中雖然僅圖解單一條溝 槽；不過’亦可形成一條以上 的溝槽。舉例來說，再次參 考圖9’該等複數個突出部 400中其中一者包括該環圈 153’其中該周圍氣體分佈溝槽 h 係位於該環圈153内部。 根據其中一項範例，再次灸老 茶考圖18〇,於該基板的正面

404之上會形成—非常厚的硬遮罩帽例如bsg)，其中該 硬遮罩通常报容易被㈣，而且其中該㈣會進—步對該 保護層438與該氣體分佈溝槽442中的氧化物層術且選 擇性。圖18P圖解的便係實施動作365的結果，其中該氣 體分佈溝槽442通常會㈣刻至該基板㈣(例如該基板會 進一步被輕微蝕刻）。於圖17的動作37〇中會於該基板之上

形成另-保護層’用以保護於該ESC運作期間新形成的氣 體分佈溝槽。圖18Q圖解的係實施動作37〇的結果，其中 保護層444通常會覆蓋頂面4〇4、背面4〇6、側壁4〇8、接 觸孔418、氣扎420、以及氣體分佈溝槽料2。舉例來說， 該保護層444包括一 0.2微米厚的氮化矽層。 再次參考圖17，動作375圖解的係蝕刻該基板背面上 之該保護層的情形。圖18R圖解的係實施動作375的結果， 其中通常會從該基板41〇的背面4〇6中移除該保護層44“ 此道耖除戎保護層444的動作通常允許電連接至該第二導 電層430。於圖17的動作38〇中’會遮罩且蝕刻該第二導 電層用以大體電隔離該第二導電層的複數個部份，從而進 一少大體界定該靜電夾頭的該等極區。圖18S圖解的係於 39 1360856 該基板410的背面406上形成遮罩446的情形。圖18T圖 解的係蝕刻該第二導電層430與該多晶膜412的結果，其 中該等複數個極區448係彼此電隔離的。 於圖17的動作385中通常會於該基板的背面上形成一 基礎平板，其中該基礎平板可運作用以大體傳輸源自該靜 電夾頭的熱量。圖18U圖解的係實施動作385的結果，其 中會於該基板410的背面406上形成該基礎平板45〇。舉例 來說，該基礎平板包括鋁，其係經由一環狀遮罩（圖中未顯 示）被蒸發至該背面406之上，用以保護該多晶膜412。或 者，可利用硬焊法將-含有非晶㈣基礎平板㈣電連接 至該第二導電層430,其中該基礎平板進—步包括_氧化物 層192以及一形成於其上的第三導電層194，如圖μ所示， 其中該第三導電層會被進一步蝕刻用以電隔離其複數個部 份0 如圖所示，圖中根據本發明另一項示範觀點來進 步圖解圖16的方m #中還會參考圖2Ga•期來進 步圖解圖19的方法500。舉例來說，從圖19的動作5〇5 始，本方法會於一半導體基板（例如矽質半導體平台）之上 成-氧化物。如圖2GA所示，舉例來說，本方法口會於該 導體平台或基板610的一正面6〇4、一背面6〇6、以及二 壁60S之上形成氧化物層6〇2(例如於一雙抛光3〇〇_石夕 圓之上長出2微米的叫層）。於圖19的動作⑽中會 罩該基板，其中會於一被遮罩區域的任—側上界 的複數個極區。舉例來說’該半導體平台會變得越來越 40 1360856 或是被遮罩，以便界定該夾頭的該等極區。於動作515中 會於該基板之上形成一第一導體層（例如0.1微米的Ti膜）。 舉例來說，如圖20B所示，可於該基板610的正面604、背 面606、以及側壁608之上形成該第一導體層612(例如利用

Cv〇法或PVD法），其中該被遮罩區614會電隔離兩或兩 個以上的極區616A、616B。 再次參考圖19，動作520包括於該基板之上形成一保 濩層，如圖20C進一步所示。舉例來說，保護層6丨8包括 形成於該基板610的正面604、背面606、以及側壁608 之上的氮化物層（例如利用LPCVD形成500埃的Si3N4)。於 圖19的動作525中，會於該半導體平台上形成一第一電絕 緣層，圖20D圖解的便係實施動作525的結果。舉例來說， "亥第一電絕緣層包括一 2微米的氧化物62〇沉積物（例如實 施兩次1微米SiO^ PETE0S)，其中該氧化物62〇會進一 步覆蓋該基板610的正面6〇4、背面6〇6、以及側壁6〇8。 於圆19的tH乍53〇進—步說明圖案化該基板之上的光阻 /、中_界疋複數個突出部區域。舉例來說，圖2〇e圖 解的便係光阻622於該基板61〇的正面6()4以及側壁6〇8 之上被圊案化的情形中會界定該等複數個突出部區域 24舉例來祝，於該光阻622的圖案化中可進一步裸露 出該基板610的背面6〇6。 於圖19的動作535圖解的係該第—電絕緣層的钮刻情 :，其中通常會界定複數個突出部。舉例來說，於動作535 中’該第—電絕緣層亦會從該基板的背面t被移除。圖鹰 41 1360856 圖解的係經由敍刻（例如濕式钱刻）該氧化物4 62〇而界定 出來的該等複數個突出料26，其令可利用該保護層618作 為蝕刻阻止部。該基板610的背面6〇6已經被進一步蝕刻， 因此會從該基板的背面中移除該氧化物62〇。於圖19的動 作540中會於該基板之上形成另一保護層。冑咖圖解的 係已經形成於該基板61G的正面_、背面嶋 '以及側壁 608之上的保護層628(例如利用LpcvD形成$⑼埃的^ n 層）。 3 4 於圖19的動作545中會遮罩該基板的正面與側壁邊 · 緣’從而可裸露出該基板的背面。圖應圖解的係遮罩 63〇，其會覆蓋該基板610的正面604及側壁6〇8，裸露出 背面606。於圖19的動作550中會依序蝕刻（例如電漿蝕刻） 忒等保護層628與618，而圖201圖解的便係其結果，其中 會從該基板610的背面606之上的第一導電層612中大體 移除該等保護層628與618。再次參考圖19’於動作 中會在該基板的背面上形成一基礎平板，而圖21圖解的則 係於該基板610的背面606之上形成該基礎平板632的示 鲁 範結果。δ玄基礎平板632會經由該第一導電層612被電連 接至該等兩或兩個以上的極區616Α與616Β。舉例來說， 該基礎平板632包括一形成於非晶矽基底636之上的導體 ， 材料634 ’其中該導體材料包括彼此電隔離的複數個部份， · 该等複數個部份會以和上面所討論者雷同的方式被進一步 真空硬焊至該第一導電層612。 , .雖然已經參照特定的較佳實施例或實施例來顯示與說 42 丄·856 明本發明，不過，顯而易見的係，熟習本技藝的人士於閱 5買且參透本說明書及後附圖式之後便可對其進行變更與修 改。明確地說，就上述組件（裝配件、裝置、電路...等）所實 施的各項功能而言，即使結構上並未等同於本發明於本文 =斤闈述的示範實施例中所揭示之實施指定功能的結構，但 f ’用來說明此等組件的詞語（包含「構件」在…卻希望涵 蓋（除非特別提及）可實施文中所述之組件之該項指定功能 :任何μ件（也就是，功能上等同）。此外，雖然僅針對數項 例中#中一者來揭示本發明的特殊特點，不過，必要 時’此項特點亦可結合其它實施例的一項以上其它特點， 並且有利於任何特定或特殊應用。 【圖式簡單說明】 圖1所不的係-示範先前技藝之靜電夾頭的部份剖面 頭的係根據本發明其中一項示範觀點之靜電央 項觀點之具有複數個突出 圖3所示的係根據本發明一 邛的示範鉗止平板的部份剖面圖 圖4所不的係根據本發明一項觀點之包括複數個突出 斗的示範鉗止平板的平面圖。 項觀點之示範突出部的部 點’和面積比例有關 圖5所示的係根據本發明一 份剖面圖。 圖6所示的係根據本發明一 43 勺接觸熱傳輸係數以及示範钳止平板上之應力的關係圖。 圖7所不的係根據本發明一項觀點，和一示範鉗止平 板之面積比例有關的接觸熱傳輸係數的關係圖。 圖8戶斤不的係根據本發明一項觀點，分子領域與黏稍 領域中氣體的示範熱傳輸係數的關係圖。 > 所示的係根據本發明其中一項觀點之包括複數條 氣刀佈溝槽的不範鉗止平板的平面圖。 圖1G所不的係、用於圖解複數條氣艘分佈溝槽的示範叙 止平板的部份剖面圖。 、回戶斤不的係根據本發明其中-項觀點用於圖解溝槽 冰度與突出部距離間之 μ 不範關係的不乾鋤.止平板的簡化部 '甬戶斤不的係根據本發明其中-項觀點之包括複數個 通孔的示範鉗止平板的平面圖。 的心圖13所不的係根據本發明另—項示範觀點之靜電夾頭 的。卩份剖面圖。 所不的係根據本發明另—項示範觀點之靜電夾頭 的。卩份剖面圖。 季轉，Γ所7"的係根據本發明—項觀點之示範靜電夾頭的 糸統層次方塊圖。 圖1 6所示的你括a μ 根據本發明用於形成—半導體型靜電夾 碩之不乾方法的流程圖。 圖1 7所示的係钿& ^ ,糸根據本發明另一項示範觀點用於形成一 牛導體型靜電夾頭之_ — 之不乾方法的流程圖。 1360856 圖18A-18U所示的係利用根據本發明圖η之 成的簡化靜電夹頭之部份剖面圖。 法所形 圖19所㈣係根據本發明另—項示範觀 半導體型靜電夾頭之示範方法的流程圖。 … …圖20八-201所示的係利用根據本發明圖^ 成的簡化靜電夾頭之部份剖面圖。 > 圖21所示的係根據本發明复 靜電夾頭之平面圖。 /、 觀點所形成的示範

【主要元件符號說明】 10 20 30 40 50 60 100 105 107 1 10 115 1 17 120 125

靜電夾頭 晶圓 電極 絕緣層 電壓源 接觸表面 多極靜電夾頭 基板 基板105的底表面 鉗止平板 鉗止平板110的頂表面 鉗止平板110的底表面 半導體平台 第一導電層 45

Claims (1)

1360856 100 4- 8 xr Η 日，-、 L替換頁 ---- ___ m 钳止平板的方法，其 十、申請專利範圍： 1. 一種為一多極靜電夾頭形成一 包括： 於一半導體平台上形成一第一導電層，並且於該第_ 導電層中界定彼此電隔離的複數個部份； 於该第一導電層之上形成一第一電絕緣層，該第一電 絕緣層包括一具有複數個微機電系統（MEMS)突出部的頂 表面，該等突出部會從該頂表面延伸一第一距離；以及 形成被個別電連接至該第一導電層之該等複數個部份 的複數個極區，其中，被施加於該等複數個極區之間的電 壓可運作用以於該鉗止平板之中誘發一靜電作用力。 2·如申請專利範圍第丨項之方法，其中形成該第—導 電層包括於該半導體平台上形成一多晶矽層。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中形成該第一導 電層進步包括於該多晶石夕層之上形成一金屬層。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一導電層 係形成於該半導體平台的頂表面之上，該方法進一步包括 於該半導體平台的底表面之上形成一第二導電層，其中會 界定第二導電層中彼此電隔離的複數個部份。 5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該第一導電層 與該第二導電層大致同時形成。 6·如申請專利範圍第4項之方法，其進一步包括形成 複數個垂直互連部，用以將該第一導電層的該等複數個部 份個別電連接至該第二導電層的該等複數個部份。 51 1360856

法，其中形成該等複數 的側壁上形成複數個側 會彼此電隔離，而且其 7.如申請專利範圍第6項之方 個垂直互連部包括於該半導體平台 壁接點’其中該等複數個側壁接點 中該等複數個側壁接點會個別電遠 ，曾恭a b W电迸接δ亥第一導電層與該第 二導電層的該等複數個部份。 8.如申請專利範圍第7項之方法，其中形成該等複數 個側壁接點包括於該半導體平台的該侧壁之上沉積一導電 材料。 9·如申請專利範圍帛8項之方法，其中形成該等複數 個侧壁接點包括沉積下面一或一者以上：多晶矽、矽化 鶴、嫣、或是欽。 10.如申請專利範圍第7項之方法，其中該第一導電 層、該第二導電層、以及該等複數個側壁接點大致同時形 成。 11.如申請專利範.圍第4項之方法，其中形成該第二導 電層包括沉積下面-或-者以上：石夕化鶴、鶴、或是鈦。 Α 12_如申請專利範圍第4項之方法，其進-步包括於該 第導電層之上形成一基礎平板，其中基礎平板可運作用 以由該半導體平台將熱能從該基板傳輸至該基礎平板。 、，13.如中請專利範圍帛12項之方法，其中形成該基礎 : 开/成其上具有彼此電隔離的複數個部份的第三 導電層，並且將言亥第三導電㈣肖等複數個部份個別電連 接至該第二導電層的該等複數個部份。 14.如申請專利範圍帛㈠項之方法，其中形成該等複 52 1360856

等：：包括將複數個電極個別結合至該S 専複數個部份。 15·如申請專利範圍第13項 包括一碉之方法，其中該基礎平板 氧會形成一氧化物層的非…板…會於該 乳化物層之上形成該第三導電層。 16.如申請專利範 導電層句虹.μ 項之方法’其中形成該第三 匕括》儿積下面一或一去丨” u · A者以上：矽化鎢、鎢、或是 紘0 正17·如中請專利範圍第12項之方法，其中形成該基礎 、'板。括於第一導電層之該等複數個部份之上蒸發一或一 種以上的金屬。 18. 如申清專利範圍帛12項之方法，其中形成該基礎 平板包括將該基礎平板真空硬焊至該第二導電層。 19. 如申請專利範圍第12項之方法，其中形成該基礎 平板包括於該基礎平板與該第二導電層之間塗敷一導電環 氧樹脂。 20_如申請專利範圍第12項之方法，其進一步包括貫 穿。玄基礎平板而形成一或一條以上的流體導管，其中冷卻 流體可運作以流經其中。 21 ·如申請專利範圍第12項之方法，其進一步包括於 忒基礎平板内形成—熱源，其中該熱源可運作用以選擇性 地加熱該钳止平板。 22.如申請專利範圍第丨項之方法，其中形成該第一導 電層包括沉積下面一或—者以上：矽化鎢、鎢、或是鈦。 53 1360856 --一一― ► f一 ... 一 !

其中該半導體平台 其中該第一電絕緣 其進一步包括於該 23. 如申請專利範圍第丨項之方法 包括一梦質基板。 24. 如申請專利範圍第丨項之方法 廣係由一氧化石夕所經成的。 25_如申請專利範圍第丨項之方法 第 成 戒 第 電絕緣層、該第一導雷厗、 ^ 导電層以及該半導體平台之中形 或一條以上的氣體分佈溝槽。 26.如申响專利圍第25項之方法，其中形成該等一 條以上的氣體分佈溝槽包括钱刻該第-電絕緣層、該 導電層、以及該半導體平台。 27:如申明專利轭圍帛25項之方法，其進一步包括貫 寶該半‘體平。、㈣—導電層、以及該第—電絕緣層而 形成-或-個以上的氣體分佈孔，其中會貫穿該等—或一 條以上的氣體分佈溝槽中至少其中_者而形成該等一或一 個以上的氣體分佈孔中至少其中一者。 8.士申°月專利範圍帛27項之方法，其中形成該等- :二以上的氣體分佈孔包括對該第-電絕緣層、該第-導電層、以及該半導體平台實施反應離 29.如申請專利範圍第i項之方法 心 個微機電系統突出部進一步包括： 、形成該等複數 於§亥第一電絕緣層之上形成-遮罩，复 體於該半導體平么沾 〇干該遮罩會大 牛等體千口的頂表面之上界定複數 . 姓刻該等複數個凹谷中 ’ U合中的该第一電絕緣屏.、， 移除該遮罩，在1 Λ49 ，U及 在其中㈣等複數個凹谷之間界定該等 54 ^〇υ«56 Ά”. ： ~ 年日j修正替換頁 複數個微機電系統突出部 30·如申請專利範圍第29項之方法，其中蝕刻該第一 电、’·&緣層會使用該第一導電層作為一钮刻阻止部。 31·如申請專利範圍第29項之方法，其進一步包括於 半導體平〇上面形成該第一電絕緣層之後便於其上形成 一保護層，而且其中蝕刻該第一電絕緣層會使用該保護層 作為一蝕刻阻止部。 32. 如申請專利範圍第31項之方法其中形成該保護 層包括於該第一導電層與該半導體平台之上沉積一氮化物 層。 33. 如申請專利範圍第31項之方法，其進一步包括移 除該半導體平台之底表面上的該保護層。 从如申請專利範圍第μ之方法，其中形成該第一導 電層包括於該半導體基板之上形成一多晶矽層。 35.如申請專利範圍第丨項之方法，其中會形成該等複 數個微機電系統突出部’以便讓該基板可運作用以接觸該 等複數個微機電系統突出部，於其中會界定一突出部接觸 面積，、中h出部接觸面積與該基板的表面積的比例係 介於約0.02與0.2之間。 36·如f請專利範圍帛35項之方法’其中該突出部接 觸面積與該基板的表面積的比例約為〇1〇。 3'如申請專利範圍第1 為丨微米。 帛1項之方法，其中該第-距離約 38.如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包括貫穿 55 1360856 該甜止平板而形成— 插入至該溫度感測器 溫度感測器孔’並且將一溫度感測器 孔之中。 39.如申請專利範圍第1項之方法，其中該半導體平△ 包括一由複數個半導體區段所組成的鑲巍結構。 D "4〇·如申請專利範圍帛39項之方法其中由該等複數 個半導體區段所組成的鑲欲結構係由摻雜㈣所組成的。 /1.如t請專利範圍第39項之方法，其中於該半導體 平σ之上形成该第一導電層包括於該等複數個半導體區段 之上形成該第_導電層’其中該第—導電層的該等複數個 部份之每一者均會形成於該等複數個半導體區段中一或一 者以上的上方。 42.如申請專利範圍第39項之方法，其進一步包括在 被形成於該等複數個半導體區段上方的該第一導電層的該 等複數個部份之每一者之間插入一電絕緣體。 43·如申凊專利範圍第42項之方法，其中該電絕緣體 包括一陶瓷分隔體。 44·如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包括於該 半導體平台上面形成該第—電絕緣層之後便於其上形成一 保護層。 45.如申請專利範圍第44項之方法，其中形成該保護 層包括於該第一電絕緣層與該半導體平台之上沉積一氮化 物層。 46.如申請專利範圍第44項之方法，其進一步包括移 除該半導體平台之底表面上的該保護層。 56 • 一— **γ < 1 1360856 ·/ -* 广 I 』fi 〇〇>H修正替換頁 L__-~~ -、二*—· 47. 如申請專利範圍第1項之方法，其中形成該第一導 電層包括化學氣相沉積一導電材料。 48. 如申請專利範圍第47項之方法，其中形成該第一 導電層包括化學氣相沉積矽化鎢。 49. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該半導體平台 包括一於其上已形成一氧化物的矽質基板。 十一、圖式： 如次頁 57 1360856

110 161

125-

3 120- 1360856 ^ hSl

120 140 80 圖4

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